Ajuca

El adhesivo utiliza el movimiento del propio líquido para atravesar la capa de agua que cubre las superficies. En laboratorio logró sostener dos kilos durante más de tres años de inmersión y pudo reutilizarse ocho veces sin perder eficacia

Pegar dos objetos bajo el agua resulta mucho más difícil de lo que parece. Aunque se emplee un adhesivo muy resistente, entre el pegamento y la superficie permanece una fina película de agua que impide el contacto directo necesario para crear una unión sólida.

Un equipo encabezado por investigadores de la Universidad de Hunan, en China, ha desarrollado un material experimental capaz de superar esta barrera. El nuevo adhesivo puede fijarse bajo el agua en apenas diez segundos, conservar su resistencia durante años y recuperarse posteriormente para fabricar nuevas aplicaciones.

El descubrimiento, publicado en la revista científica Nature Communications, combina química supramolecular, líquidos iónicos y un fenómeno físico que también puede observarse en una copa de vino: el efecto Marangoni.

El gran problema de pegar bajo el agua

Cuando una superficie se sumerge, las moléculas de agua forman a su alrededor una delgada capa de hidratación. Esta película actúa como una barrera invisible entre el objeto y el adhesivo.

Para conseguir una unión resistente no basta con fabricar un pegamento más fuerte. El material debe desplazar primero esa capa acuosa y entrar en contacto directo con la superficie.

Los adhesivos subacuáticos disponibles suelen presentar algunas limitaciones. Determinadas formulaciones necesitan bastante tiempo para endurecerse, requieren luz para completar el proceso o forman estructuras químicas permanentes que resultan muy difíciles de separar y reciclar.

También existen productos que incorporan PFAS, una amplia familia de compuestos extremadamente persistentes que pueden acumularse en el medio ambiente.

Los investigadores se propusieron reunir tres características que raramente aparecen juntas: adhesión rápida bajo el agua, estabilidad prolongada y posibilidad de recuperar el material para reutilizarlo.

El efecto que hace «llorar» al vino

La solución se basa parcialmente en el efecto Marangoni, un fenómeno que aparece cuando existen diferencias de tensión superficial entre distintas zonas de un líquido.

La tensión superficial puede imaginarse como una fina piel elástica creada por la atracción entre las moléculas. Cuando esa fuerza es diferente en dos regiones, el líquido comienza a desplazarse y produce pequeñas corrientes.

Un ejemplo cotidiano son las denominadas lágrimas del vino. El alcohol y el agua se evaporan a velocidades diferentes, alterando la tensión superficial y provocando que el líquido ascienda por las paredes de la copa antes de caer formando gotas.

El equipo chino aprovechó este mismo principio para generar un flujo capaz de extender rápidamente el adhesivo y atravesar la capa de hidratación que cubre la superficie sumergida.

En lugar de combatir el agua únicamente con una sustancia impermeable, el nuevo sistema utiliza el movimiento del propio líquido para alcanzar el material que debe pegar.

Un adhesivo que se construye al tocar el agua

El compuesto desarrollado recibe el nombre de BP16TPB y pertenece a una clase de materiales conocida como líquidos iónicos supramoleculares.

Antes de utilizarlo, los investigadores lo disuelven en dimetilsulfóxido, más conocido como DMSO. Cuando la mezcla entra en contacto con el agua, comienza un intercambio entre ambos disolventes.

El DMSO sale progresivamente de la formulación mientras el agua ocupa su lugar. Este intercambio desencadena las corrientes asociadas al efecto Marangoni, distribuye el material y permite romper parcialmente la película acuosa que recubre el objeto.

Simultáneamente, las moléculas del adhesivo empiezan a atraerse mediante enlaces de hidrógeno, interacciones eléctricas y apilamientos entre determinados grupos moleculares.

De esta manera se forma un coacervado: una fase densa y concentrada cuyas moléculas se agrupan hasta generar una red suficientemente fuerte para mantener unidas las superficies.

El agua no se limita, por tanto, a ser un obstáculo. También activa la reorganización que permite formar el pegamento exactamente en el lugar donde se necesita.

Una unión resistente en diez segundos

Durante las pruebas de laboratorio, el adhesivo alcanzó sobre cerámica una resistencia aproximada de 1,1 megapascales después de solamente diez segundos de curado bajo el agua.

Tras cinco minutos, la resistencia aumentó hasta aproximadamente 1,3 megapascales.

En una de las demostraciones, una unión de un centímetro cuadrado permitió levantar inmediatamente una carga de 500 gramos. En otro ensayo, el adhesivo consiguió sostener dos kilogramos durante más de tres años de inmersión continua sin desprenderse.

Los científicos también comprobaron su funcionamiento sobre vidrio, cobre, resina epoxi y poliamida, la familia de materiales a la que pertenece el nailon.

Además, estudiaron su comportamiento en agua salada y en soluciones ácidas y alcalinas. La resistencia varió dependiendo del material y de las condiciones, pero el mecanismo de ensamblaje continuó funcionando.

Estos resultados no significan que cualquier reparación vaya a soportar durante años el oleaje, la presión del océano o las vibraciones de una instalación industrial. El experimento de larga duración se realizó bajo condiciones controladas y con una carga estática.

Aun así, demuestra que la unión no se degrada necesariamente por permanecer mucho tiempo en contacto con el agua.

Puede recuperarse y volver a utilizarse

Una de las características más destacadas del material es que su resistencia no depende de una red de enlaces químicos permanentes.

Sus moléculas permanecen unidas mediante una gran cantidad de interacciones reversibles. Cada una puede ser relativamente débil por separado, pero millones de ellas actuando conjuntamente crean una estructura macroscópica resistente.

Esta organización permite desmontar y reconstruir el material en las condiciones apropiadas.

Después de utilizar el adhesivo, los investigadores recuperaron el coacervado, lo lavaron, lo secaron y volvieron a disolverlo en DMSO para preparar otra aplicación.

El procedimiento se repitió durante ocho ciclos consecutivos sin que se apreciara una pérdida importante de capacidad adhesiva. Los análisis tampoco detectaron cambios significativos en su composición química.

Conviene aclarar que el pegamento no se despega y recicla simplemente aplicándole agua. El medio acuático provoca su formación, mientras que su recuperación exige recogerlo y someterlo al proceso de lavado, secado y disolución utilizado en el laboratorio.

Posibles aplicaciones futuras

Un adhesivo capaz de actuar rápidamente en ambientes húmedos podría resultar útil en numerosos sectores.

Entre sus posibles aplicaciones se encuentran:

• Reparación de tuberías y depósitos con fugas.
• Fijación de sensores en estructuras sumergidas.
• Mantenimiento de barcos y plataformas marinas.
• Reparación temporal de equipos bajo el agua.
• Instalación de dispositivos para investigación oceanográfica.
• Marcado no invasivo de organismos con concha.
• Fabricación de materiales reparables y reutilizables.

Los investigadores realizaron algunas demostraciones, como el sellado de recipientes dañados y la fijación de marcas sobre superficies duras. Sin embargo, siguen siendo pruebas de concepto y no aplicaciones comerciales certificadas.

Antes de utilizar el compuesto en infraestructuras, embarcaciones o entornos naturales será necesario estudiar su seguridad, coste, producción a gran escala y comportamiento frente a cambios de temperatura, presión, movimiento y exposición prolongada a organismos marinos.

También tendrá que evaluarse la recuperación efectiva del material fuera del laboratorio. Un adhesivo solamente representa una ventaja ambiental si puede recogerse y reciclarse realmente después de utilizarlo.

Todavía no llegará a las ferreterías

El descubrimiento no presenta un pegamento comercial que pueda comprarse de manera inmediata. BP16TPB continúa siendo un material experimental y su preparación requiere sustancias y procedimientos propios de un laboratorio.

Su importancia reside principalmente en la estrategia utilizada.

Los científicos han demostrado que es posible obtener una unión rápida y duradera mediante interacciones moleculares reversibles, sin renunciar necesariamente a la recuperación de sus componentes.

La investigación también muestra que el agua puede participar activamente en la formación de un adhesivo, en lugar de actuar únicamente como una barrera que debe evitarse.

Si esta tecnología logra superar las pruebas de seguridad, escalabilidad y coste, podría contribuir al desarrollo de nuevos pegamentos destinados a reparaciones subacuáticas y de materiales capaces de desmontarse y reutilizarse.

Por ahora, el resultado es una prometedora demostración de laboratorio: un adhesivo que comienza a actuar en diez segundos, puede sostener cargas durante años y conserva su eficacia después de varios ciclos de reciclaje.

Fuentes

Investigación original publicada en Nature Communications